超声导波在管道上的应用分析与调研

         薄壁空心圆柱的内外表面可视为薄壁板的上下表面，则其上下表面应力为零，与上面所述的薄壁空心圆柱边界条件相一致。在推演薄壁板的频散方程过程中将其直角坐标转化为柱面坐标，即可得到薄壁空心圆柱的频散方程。由于频散方程为超越方程，一般采取数值法求解，过程非常复杂。这里用薄壁板的频散曲线近似替代小曲率薄壁空心圆柱的频散曲线。2a和2b分别为一薄壁板的相速度和群速度频散曲线。可以发现，除了1模态以外，2、3模态具有截止现象。即在截止频率以上，该模态是可以传播的；而在截止频率以下，该模态是迅速衰减、不能传播的。

    因为激励板波时斜探头与板为面接触，而由于管道表面的曲率影响，所以斜探头与管道外壁几乎为线接触，因此通过斜探头传给板的能量要明显大于传给管道的能量，从波形图上就表现为薄壁管道中周向导波的幅度比板波的幅度要小。使用斜探头在薄壁板中激励导波需要遵守Snell定律，对应至少两个以上的模态，但若选择合适的fd值和入射角，在板中可以实现单模态的传播。虽然管道外壁为曲面，但斜探头与管道的接触面垂直于管道外表面的法平面，理论上激励导波时也应遵守Snell定律，管道的波形图接收信号均为单一模态，与前面分析相一致。在5b、5h和5n中激励出的都是第2模态，知fd=5.023时，模态的群速度耐磨管较低，同一导波模态由于fd值不同，传播相同距离而时域位置不同，这说明随频率的改变，导波模态的群速度也发生了变化，这即为导波频散现象的表现之一。因为不同的频率范围内，频散现象影响程度不同。
    通过理论分析、数值计算和实验研究，可得出如下结论：

1）通过实验验证，薄壁板与薄壁管道中的导波模态相对应；可以认为薄壁管道中的周向导波与薄壁板中的导波具有相同的特性；

2）薄壁管道中周向导波的各个模态都存在频散现象，但频散现象在不同频段强弱不同；

3）根据Snell定律和实验结果，在薄壁管道中可以激励出单一的周向导波模态；由于本实验所用斜探头的接触面为平面，与管道外壁接触面积较小而导致能量传递少，所以薄壁管道中周向导波的衰减较快，若采用弧型斜探头与管道接触则可以削弱这一影响；

4）本文结果为下一步采用周向导波检测薄壁管道轴向缺陷奠定了基础。

  从数据可以看出，管道经冲洗后，各项水质指标均有改善，特别是细菌指标，无论是细菌总数还是大肠菌群都显著降低。城市给水管网中的水流一般都是紊流。气一水脉冲清洗给水管道就是利用空气的可压缩性，在计算机和电磁阀的控制下，使高压气体以一定的频率进人给水管内，在管内形成间断的气水流，随着空气的压缩和扩张，使管内的紊流加剧，水流的切应力增大，在切应力的作用下，管壁上的沉积物和附着物被冲下，并随着高速水气流间断的排出给水管外。

　　气一水脉冲清洗系统由计算机控制仪、电磁阀、空气压缩机、远传压力表、进气喷嘴及排水口等组成。现场试验是在哈尔滨铁路分局哈尔滨水电站五常给水站进行的。五常地区的地下水含铁高达5.1mg，含锰高达1.7m留L.取一段DN75的铸铁管分析，从管横断面看管内四周均有生长环，生长环平均厚度巧mm，使管径缩小到60mrn.生长环湿重27279八n，风干后重1050创fl.
　　对哈尔滨水电站五常给水站的给水管道的气一水脉冲清洗，不仅提高了通水能力，而且具有显著的节能效果。生长环的防治对于坑、点腐蚀严重，漏点多，但具有一定机械强度，有使用价值的旧给水管线进行修复具有重要的经济效益。可采用以下两种方法，反转法内衬软带管和挤压法内衬塑料管。这两种方法都具有对埋地管线不需要开挖，实施方便，可操作性强等特点。
　　反转法内衬软带管当修复的管道尚具有足够强度时，用无毒的复合纤维布作内衬，利用反转原理把复合纤维布引人管内，并使之粘接在管的内壁。具体工艺流程为：用清管器（或刮管器）清除硬垢弓检查管内壁状况，达到要求后种用清水冲洗斗烘干神将复合纤维布引人管内神将筒状的复合纤维布粘接在管壁叶固定。
　　反转法内衬软带管所用的主要材料和设备有：复合纤维布、粘接剂、粘接剂混合注人装置、干燥机及反转机等。该方法具有许多优点：管线输水能力增强，等同于新管；可同时防止“红水”和“漏水”现象的产生；所用材料对水质无害，寿命长；一次性施工可跨度Zom；施工安全便捷、经济。使用该法费用相当于更换管道所需费用的20%一25%，延长使用寿命1520a.
　　挤压法内衬塑料管当修复的管道（母管）腐蚀严重、漏点多，已不能承压时，用耐压的具有足够强度的无毒塑料管作内衬，利用机械牵引设备将无毒塑料管拉进管道内。内衬管的厚度可分为三种不同情况：被修复的管道基本不能承压时，选用耐压rokg的内衬管；被修复的管道可承受一定压力时，选用相应压力的内衬管；被修复的管道具备足够压力时，可选2mm厚的内衬管。此法的具体工艺流程为：把一串内衬塑料管在地面焊好，并装上一个牵引时固定钢缆的夹头。
　　结论通过现场试验证明，运用高压水射流法和气一水脉冲法对给水管道内的生长环进行清除是有效的和可行的。对于坑、点腐蚀严重，漏点多，但具有一定机械强度，有使用价值的旧给水管线采用反转法内衬软带管和挤压法内衬塑料管进行管道内防腐处理，现场试验证明这两种方法是施工方便及经济节能的给水管道内防腐方法。